GPC算法在带时延的网络控制系统中控制性能补偿研究

来源 :武汉理工大学 | 被引量 : 9次 | 上传用户:zhuobin0904
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网络控制系统给人们的日常生活带来了巨大的便捷和高效的同时,也给控制领域带来了前所未有的机遇和挑战。控制技术与网络信息的结合,使得控制系统已经在一定的范围内突破了在地域上的限制,这使控制领域发生了巨大的变化和转型。然而由于网络速率以及网络带宽的限制,不可避免的带来了网络时延,该时延无法消除,且随着网络负担的加重,甚至会出现丢包现象,导致控制系统不能实时的控制,从而使系统性能下降甚至造成不稳定。因此,在网络化控制系统中,如果要提高系统的控制性能,网络时延是首要考虑的问题。在国家自然科学基金重点项目的资助下,通过对国内外网络数字控制理论中关键技术研究的现状比较分析,本文从网络时延补偿方面进行了相关研究。在理论研究方面,本文首先对要实验的因特网内不同时段的网络时延进行了测试,通过仿真比较和分析了不同时延时网络控制系统性能指标。接着,通过对不同时延补偿算法的学习和探讨,本文在GPC算法基础上引入了阶梯式策略和队列选择机制。阶梯式策略是通过引入阶梯式因子,将GPC算法运算过程中高维的矩阵运算降低,减小算法的运算复杂度;而队列选择机制将接收到的数据包按照时间新旧进行排序,当当前接收的数据包时间片最新时,将采用当前的数据包参与运算,当接收到的数据包不是最新时,那么在队列中选择时间片最新的数据包,此机制有效的解决了数据传输过程中时延过大或者丢包、错包等问题。最后,本文以采用matlab和Truetime工具箱建立了该机床的进给传动系统网络控制模型,并在不同时延的情况下,分别采用本文改进的GPC算法和文献[23]中的GPC算法进行仿真,对比结果表明,改进GPC算法能有效的提高系统的稳定性,特别在时延相对较大的情况下,更能显示它的优越性,从理论上验证了算法的有效性和可行性。在实验测试方面,本文详细介绍了改进GPC算法的代码实现流程,并采用Microsoft Visual Basic 6.0软件建立了数控机床网络控制系统平台。但是由于数据采集环节、速度控制环及算法调试的有待完善,此部分还有待进一步的研究。
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